FR2826779A1 - ANTISTATIC CONTACT FOR POLYCRYSTALLINE SILICON LINE - Google Patents
ANTISTATIC CONTACT FOR POLYCRYSTALLINE SILICON LINE Download PDFInfo
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Abstract
La présente invention concerne un circuit intégré (20) sur substrat de silicium (1) comprenant au moins une ligne de polysilicium (4) et au moins un contact antistatique reliant la ligne de polysilicium au substrat de silicium. Selon l'invention, le contact antistatique (21) comprend une couche d'oxyde fin (22) entre la ligne de polysilicium et le substrat de silicium. La couche d'oxyde fin est d'une épaisseur suffisamment faible pour qu'un courant la traverse par effet tunnel lorsque la ligne de polysilicium est portée relativement au substrat à une tension (V1) supérieure ou inférieure à un seuil déterminé (Vc1, Vc2).The present invention relates to an integrated circuit (20) on a silicon substrate (1) comprising at least one polysilicon line (4) and at least one antistatic contact connecting the polysilicon line to the silicon substrate. According to the invention, the antistatic contact (21) comprises a thin oxide layer (22) between the polysilicon line and the silicon substrate. The thin oxide layer is of a thickness sufficiently small for a current to pass through it by tunnel effect when the polysilicon line is brought relative to the substrate to a voltage (V1) greater or less than a determined threshold (Vc1, Vc2 ).
Description
technique d'alignement par soudure.alignment technique by welding.
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CONTACT ANTISTATIQUE POUR LIGNE EN SILICIUM ANTISTATIC CONTACT FOR SILICON LINE
POLYCRI STALL INPOLYCRI STALL IN
La présente invention concerne les circuits intégrés et plus particulièrement les circuits intégrés comprenant des lignes conductrices en polysilicium The present invention relates to integrated circuits and more particularly integrated circuits comprising conductive polysilicon lines.
(silicium polycristallin).(polycrystalline silicon).
Dans les circuits intégrés CMOS, le polysilicium est utilisé aussi bien pour réaliser des grilles de transistors MOS que pour créer des lignes d'interconnexion de transistors MOS. Ainsi, par exemple, les diverses lignes conductrices reliant les transistors à grille flottante d'une mémoire effagable et programmable électriquement, notamment les lignes de mots et les lignes de contrôle de grille (mémoires In CMOS integrated circuits, polysilicon is used both to make grids of MOS transistors and to create interconnection lines of MOS transistors. Thus, for example, the various conductive lines connecting the floating gate transistors of an electrically erasable and programmable memory, in particular the word lines and grid control lines (memories
EEPROM), sont généralement en polysilicium. EEPROM), are generally made of polysilicon.
Pour réaliser de telles lignes de polysilicium, une couche de polysilicium est déposée à la surface d'une plaquette de silicium avec interposition d'une couche d'oxyde, et est ensuite gravoe selon la topographie souhaitée ("layout"). Les lignes de polysilicium étant isolées électriquement du substrat de silicium par la couche d'oxyde, elles forment chacune l'équivalent d'une armature de condensateur dont l'autre armature est To make such polysilicon lines, a layer of polysilicon is deposited on the surface of a silicon wafer with the interposition of an oxide layer, and is then etched according to the desired topography ("layout"). Since the polysilicon lines are electrically isolated from the silicon substrate by the oxide layer, they each form the equivalent of a capacitor armature, the other armature of which is
formée par le substrat.formed by the substrate.
Or, les procédés de fabrication de circuits intégrés comprennent des étapes qui induisent des charges électrostatiques dans les lignes de polysilicium, notamment des étapes nécessitant l'utilisation de plasma comme des étapes de gravure au plasma et des étapes d' implantation de dopants. Ainsi, les lignes de polysilicium se retrouvent souvent portées à un potentiel électrique élevé dû à une accumulation de charges électrostatiques, pouvant atteindre plusieurs dizaines de Volt. Un tel potentiel électrique induit un However, the methods of manufacturing integrated circuits include steps which induce electrostatic charges in the polysilicon lines, in particular steps requiring the use of plasma such as plasma etching steps and dopant implantation steps. Thus, polysilicon lines are often found brought to a high electrical potential due to an accumulation of electrostatic charges, which can reach several tens of Volts. Such electrical potential induces a
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fort champ électrique dans les régions o la couche d'oxyde est la plus fine, notamment des régions d'oxyde de grille des transistors MOS. Ce phénomène peut conduire à une dégradation des performances des transistors MOS voire au claquage de l'oxyde de grille. Pour résoudre ce problème, il est connu de protéger les lignes de polysilicium contre l 'accumulation de charges électrostatiques par la prévision de contacts antistatiques. On désigne par "contact antistatique" tout moyen offrant un chemin de conduction privilégié pour l'évacuation de ces charges, sous la forme d'un faible courant pouvant s'écouler dans le sens polysilicium vers substrat ou inversement sans affecter strong electric field in the regions where the oxide layer is the thinnest, in particular of the gate oxide regions of the MOS transistors. This phenomenon can lead to a degradation of the performance of the MOS transistors or even to the breakdown of the gate oxide. To solve this problem, it is known to protect the polysilicon lines against the accumulation of electrostatic charges by the provision of antistatic contacts. “Antistatic contact” means any means offering a preferred conduction path for the evacuation of these charges, in the form of a weak current which can flow in the polysilicon direction towards the substrate or vice versa without affecting
le fonctionnement d'un circuit intégré. the operation of an integrated circuit.
La figure 1 est une vue partielle en coupe d'un circuit intégré 10 en cours de fabrication, et représente une structure classique de contact antistatique 11, appelé également contact enterré. On distingue un substrat de silicium 1, ici de type P. sur lequel ont été formoes des régions d'oxyde de champ 2 qui délimitent respectivement une région active A, destinée à recevoir des grilles de transistor MOS, et une région non active B. L' ensemble est recouvert par une couche d'oxyde 3 formant dans la région active un oxyde de grille 3-1, et par une couche de polysilicium 4 formant dans la région active un matériau de grille 4-1. Avant le dépôt de la couche d'oxyde 3, une région 5 dopée N+ a été implantée dans le substrat au niveau de la zone B. Avant le dépôt de la couche de polysilicium 4, une ouverture 6 a été pratiquée dans la couche d'oxyde 3, au-dessus de la région dopée 5. Ainsi, lorsque la couche de polysilicium 4 est déposée, celle-ci se trouve au contact de la région 5 par l'intermédiaire de l'ouverture 6, ce qui forme un contact antistatique 11. La région 5 étant dopée N+, la couche de polysilicium 4 est reliée électriquement au potentiel du substrat 1 par Figure 1 is a partial sectional view of an integrated circuit 10 during manufacture, and shows a conventional antistatic contact structure 11, also called buried contact. There is a silicon substrate 1, here of type P. on which were formed field oxide fields 2 which respectively delimit an active region A, intended to receive MOS transistor gates, and a non-active region B. The assembly is covered by an oxide layer 3 forming in the active region a gate oxide 3-1, and by a layer of polysilicon 4 forming in the active region a gate material 4-1. Before the deposition of the oxide layer 3, an N + doped region 5 was implanted in the substrate at the level of the zone B. Before the deposition of the polysilicon layer 4, an opening 6 was made in the layer of oxide 3, above the doped region 5. Thus, when the polysilicon layer 4 is deposited, it is in contact with the region 5 via the opening 6, which forms an antistatic contact 11. The region 5 being N + doped, the polysilicon layer 4 is electrically connected to the potential of the substrate 1 by
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l'intermédiaire d'une jonction NP formant diode. Cette jonction NP empêche le polysilicium de se charger négativement relativement au substrat et, en cas de charge positive, laisse passer un courant de fuite qui est suffisant pour éviter un claquage de la couche d'oxyde dans la région active. Lorsque le circuit intagré 10 est terminé et est opérationnel, la couche de polysilicium 4 recoit une tension positive, le substrat étant porté à la masse, la jonction NP est polarisée en inverse et sa présence ne nuit pas au fonctionnement du circuit intégré. Bien entendu, une jonction PN peut être prévue à la place de la jonction NP si la couche de polysilicium est destinée à recevoir une tension nagative relativement au substrat lorsque le circuit via an NP junction forming a diode. This NP junction prevents the polysilicon from being negatively charged relative to the substrate and, in the case of a positive charge, allows a leakage current to pass which is sufficient to avoid breakdown of the oxide layer in the active region. When the integrated circuit 10 is finished and operational, the polysilicon layer 4 receives a positive voltage, the substrate being brought to ground, the NP junction is reverse biased and its presence does not harm the operation of the integrated circuit. Of course, a PN junction can be provided in place of the NP junction if the polysilicon layer is intended to receive a nagative voltage relative to the substrate when the circuit
1S intégré est opérationnel.1S integrated is operational.
Bien que la combinaison d'un tel contact antistatique 11 et d'une jonction NP ou PN offre entière satisfaction en ce qui concerne l'évacuation des charges électrostatiques, la prévision d'un tel contact antistatique dans un circuit intégré entraîne diverses Although the combination of such an antistatic contact 11 and an NP or PN junction is entirely satisfactory as regards the evacuation of electrostatic charges, the provision of such an antistatic contact in an integrated circuit leads to various
contraintes ou inconvénients au plan technologique. technological constraints or disadvantages.
Un premier inconvénient est que la couche de polysilicium 4 doit présenter un dopage de même type que la région 5, pour ne pas former avec la région 5 une jonction PN parasite. I1 n'est donc pas possible de prévoir un dopage d'un autre type, même quand un tel A first disadvantage is that the polysilicon layer 4 must have doping of the same type as region 5, so as not to form with region 5 a parasitic PN junction. It is therefore not possible to provide for doping of another type, even when such
dopage est souhaité.doping is desired.
Un autre inconvénient est que les dopants présents dans la couche de polysilicium 4 diffusent dans le substrat pendant des phases de recuit, et s'additionnent aux dopants présents dans la région 5. I1 se produit ainsi une sorte de tpollution" du substrat par diffusion de dopants au voisinage du contact antistatique 11. En pratique, cela signifie que l' emplacement à réserver à un contact antistatique doit tenir compte de la diffusion de dopants au voisinage du contact antistatique, et que l'encombrement effectif du contact Another disadvantage is that the dopants present in the polysilicon layer 4 diffuse in the substrate during annealing phases, and are added to the dopants present in the region 5. There thus occurs a sort of pollution of the substrate by diffusion of dopants in the vicinity of the antistatic contact 11. In practice, this means that the space to be reserved for an antistatic contact must take account of the diffusion of dopants in the vicinity of the antistatic contact, and that the effective size of the contact
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antistatique en termes de surface de silicium réservée antistatic in terms of reserved silicon surface
nest pas négligeable.is not negligible.
Enfin, dans le cadre de la réalisation d'un circuit intégré comprenant des transistors à grille flobtante, l'obtention d'un contact direct entre le polysilicium et le substrat (au niveau de la région dopée 5) nécessite diverses étapes de traitement qui s'ajoutent à celles des procédés de fabrication standards. Ces étapes de traitement ont pour but de retirer, au fond de l'ouverture 6, une couche d'oxyde tunnel formée sur le circuit intégré avant la réalisation des transistors à grille flottante. La couche doxyde tunnel étant formée par croissance d'oxyde, elle se retrouve inévitablement au fond de l'ouverture 6 car le processus de croissance Finally, in the context of producing an integrated circuit comprising floating gate transistors, obtaining direct contact between the polysilicon and the substrate (at the doped region 5) requires various processing steps which are add to those of standard manufacturing processes. The purpose of these processing steps is to remove, at the bottom of the opening 6, a layer of tunnel oxide formed on the integrated circuit before the realization of the floating gate transistors. The tunnel oxide layer being formed by oxide growth, it is inevitably found at the bottom of the opening 6 because the growth process
n'est pas sélectif, et doit donc être ensuite retirée. is not selective, and should therefore be removed thereafter.
Cette étape de retrait est complexe car un masque de résine ne peut être déposé directement sur la couche d'oxyde tunnel. On doit tout d'abord déposer une couche de polysilicium, graver la couche de polysilicium puis utiliser la couche de polysilicium gravée comme masque de gravure de l'oxyde tunnel présent au fond de This removal step is complex because a resin mask cannot be deposited directly on the tunnel oxide layer. We must first deposit a layer of polysilicon, etch the layer of polysilicon then use the layer of etched polysilicon as an etching mask for the tunnel oxide present at the bottom of
l'ouverture 6.opening 6.
Ainsi, un objectif de la présente invention est de prévoir une structure de contact antistatique qui ne Thus, an objective of the present invention is to provide an antistatic contact structure which does not
présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus. not have the disadvantages mentioned above.
Plus particulièrement, la présente invention vise un contact antistatique dont l'obtention nécessite moins d'étapes de traitement que celle d'un contact antistatique classique, notamment dans le cadre de la réalisation d'un circuit intégré comprenant des More particularly, the present invention relates to an antistatic contact the production of which requires less processing steps than that of a conventional antistatic contact, in particular in the context of the production of an integrated circuit comprising
transistors à grille flottante.floating gate transistors.
Cet objectif est atteint par la prévision d'un circuit intégré sur substrat de silicium comprenant au moins une ligne de polysilicium et au moins un contact antistatique reliant la ligne de polysilicium au substrat de silicium, dans lequel le contact antistatique comprend une couche d'oxyde fin agencée This objective is achieved by providing an integrated circuit on silicon substrate comprising at least one line of polysilicon and at least one antistatic contact connecting the line of polysilicon to the silicon substrate, in which the antistatic contact comprises an oxide layer. end arranged
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entre la ligne de polysilicium et le substrat de silicium, la couche d'oxyde fin étant d'une épaisseur suffisamment faible pour qu'un courant la traverse par effet tunnel lorsque la ligne de polysilicium est portée relativement au substrat à une tension supérieure ou between the polysilicon line and the silicon substrate, the thin oxide layer being of a thickness sufficiently small for a current to pass through it by tunnel effect when the polysilicon line is brought relative to the substrate to a higher voltage or
inférieure à un seuil déterminé. below a certain threshold.
Selon un mode de réalisation, le contact antistatique est agencé audessus d'une région dopée According to one embodiment, the antistatic contact is arranged above a doped region
formant avec le substrat une jonction NP ou PN. forming with the substrate an NP or PN junction.
Selon un mode de réalisation, la couche d'oxyde fin présente une épaisseur comprise entre 0,002 et 0,015 micromètre. Selon un mode de réalisation, le circuit intégré According to one embodiment, the thin oxide layer has a thickness of between 0.002 and 0.015 microns. According to one embodiment, the integrated circuit
comprend au moins un transistor à grille flottante. includes at least one floating gate transistor.
Selon un mode de réalisation, la grille flottante est isolée du substrat par une couche d'oxyde tunnel formant également la couche d'oxyde fin du contact antistatique. Selon un mode de réalisation, le circuit intagré forme une mémoire effagable et programmable électriquement. La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un circuit intégré, incluant la fabrication d' au moins un contact antistatique entre une ligne de polysilicium et un substrat de silicium, comprenant les étapes consistant à: faire croître une première couche d'oxyde sur le substrat de silicium, pratiquer au moins une ouverture dans la première couche d'oxyde, faire croître une deuxième couche d'oxyde au fond de l'ouverture, déposer une couche de polysilicium qui pénètre dans l'ouverture, et graver la couche de polysilicium de manière à obtenir au moins une ligne de polysilicium s'étendant au-dessus de l'ouverture, procédé dans lequel la couche de polysilicium est déposée sans retrait préalable de la deuxième couche d'oxyde présente au fond de l'ouverture, la deuxième couche d'oxyde étant d'une épaisseur suffisamment faible According to one embodiment, the floating gate is isolated from the substrate by a layer of tunnel oxide also forming the thin oxide layer of the antistatic contact. According to one embodiment, the integrated circuit forms an electrically erasable and programmable memory. The present invention also relates to a method for manufacturing an integrated circuit, including the manufacture of at least one antistatic contact between a polysilicon line and a silicon substrate, comprising the steps of: growing a first oxide layer on the silicon substrate, make at least one opening in the first oxide layer, grow a second oxide layer at the bottom of the opening, deposit a layer of polysilicon which penetrates into the opening, and etch the layer of polysilicon so as to obtain at least one line of polysilicon extending above the opening, process in which the layer of polysilicon is deposited without prior removal of the second layer of oxide present at the bottom of the opening, the second oxide layer being of a sufficiently small thickness
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pour qu'un courant la traverse par effet tunnel lorsque la ligne de polysilicium est portée relativement au substrat à une tension supérieure ou inférieure à un so that a current passes through it by tunnel effect when the polysilicon line is brought relative to the substrate to a voltage higher or lower than a
seuil déterminé.determined threshold.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de gravure de la couche de polysilicium de manière à obtenir simultanément au moins une ligne de polysilicium s'étendant au-dessus de l'ouverture et au moins une grille flottante d'un transistor à grille According to one embodiment, the method comprises a step of etching the polysilicon layer so as to simultaneously obtain at least one line of polysilicon extending above the opening and at least one floating gate of a transistor with wire rack
floLtante.floLtante.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape d' implantation de dopants dans le substrat, dans une région se trouvant en regard de l'ouverture pratiquée dans la première couche d'oxyde, pour former According to one embodiment, the method comprises a step of implanting dopants in the substrate, in a region lying opposite the opening made in the first oxide layer, to form
une jonction NP ou PN relativement au substrat. an NP or PN junction relative to the substrate.
Selon un mode de réalisation, le circuit intégré est une mémoire effagable et programmable électriquement. Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés plus en détail dans la According to one embodiment, the integrated circuit is an erasable and electrically programmable memory. These objects, characteristics and advantages of the present invention will be explained in more detail in the
description suivante d'un exemple de réalisation d'un following description of an exemplary embodiment of a
contact antistatique selon l' invention et d'un procédé de fabrication d'un tel contact antistatique, faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: - la figure 1 précédemment décrite est une vue en coupe partielle d'un circuit intégré comprenant un contact antistatique classique, - la figure 2 est une vue en coupe partielle dun circuit intégré comprenant un contact ant i stat ique selon l' invention, -la figure 3 est le schéma électrique de la combinaison d'un contact antistatique selon l' invention et d'une jonction NP, - les figures 4, 5 et 6 représentent des courbes courant-tension qui illustrent les propriétés électriques dun contact antistatique selon l 'invention, et antistatic contact according to the invention and a method for manufacturing such an antistatic contact, made in relation to the attached figures among which: - Figure 1 previously described is a partial sectional view of an integrated circuit comprising a contact conventional antistatic, - Figure 2 is a partial sectional view of an integrated circuit comprising an ant i static contact according to the invention, - Figure 3 is the electrical diagram of the combination of an antistatic contact according to the invention and d an NP junction, FIGS. 4, 5 and 6 represent current-voltage curves which illustrate the electrical properties of an antistatic contact according to the invention, and
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- la figure 7 est une vue de dessus d'un circuit intégré comprenant un contact antistatique selon l'invention, - les figures 8A à 8E illustrent des étapes d'un procédé - Figure 7 is a top view of an integrated circuit comprising an antistatic contact according to the invention, - Figures 8A to 8E illustrate steps of a method
de fabrication d'un circuit intagré selon l'invention. for manufacturing an integrated circuit according to the invention.
La figure 2 est une vue partielle en coupe d'un cTrcuit intégré 20 comprenant un contact antistatique 21 selon l' invention. La partie de circuit intégré représentée ici est identique à celle de la figure 1, les mêmes éléments étant désignés par les mêmes références. On y retrouve un substrat 1 de type P. des zones d'oxyde de champ 2 séparant une région active A et une région non active B. une couche d'oxyde 3 déposse sur le substrat 1, une couche de polysilicium 4 déposée sur la couche d'oxyde 3, la couche d'oxyde 3 formant oxyde de grille 3-1 et la couche de polysilicium formant matériau de grille 4-1 dans la zone active A. Le contact antistatique 21 selon l' invention, réalisé dans la zone B. comprend classiquement une ouverture 6 pratiquée dans la couche d'oxyde 3, dans laquelle pénètre le polysilicium 4. Selon l'invention, le polysilicium 4 n'est pas au contact du substrat 1 car le contact antistatique 22 comprend une couche d'oxyde fin 22 agencée au fond de l'ouverture 6, qui sépare le polysilicium 4 du substrat 1. En dessous de la couche d'oxyde 22 se trouve classiquement une région 5 dopée N+ Figure 2 is a partial sectional view of an integrated circuit 20 comprising an antistatic contact 21 according to the invention. The integrated circuit part shown here is identical to that of FIG. 1, the same elements being designated by the same references. A P-type substrate 1 is found there. Field oxide zones 2 separating an active region A and a non-active region B. an oxide layer 3 deposited on the substrate 1, a polysilicon layer 4 deposited on the oxide layer 3, the oxide layer 3 forming gate oxide 3-1 and the polysilicon layer forming gate material 4-1 in the active area A. The antistatic contact 21 according to the invention, produced in the area B. conventionally comprises an opening 6 formed in the oxide layer 3, into which the polysilicon 4 penetrates. According to the invention, the polysilicon 4 is not in contact with the substrate 1 because the antistatic contact 22 comprises a layer of fine oxide 22 arranged at the bottom of the opening 6, which separates the polysilicon 4 from the substrate 1. Below the oxide layer 22 is conventionally an N + doped region 5
formant une jonction NP avec le reste du substrat. forming an NP junction with the rest of the substrate.
Selon l' invention, la couche d'oxyde fin 22 offre une bonne isolation électrique de la couche de polys i l icium 4 re lat ivement au subst rat 1 lorsque la couche de polysilicium 4 reçoit une tension électrique de quelques Volt. Toutefois, lorsque la tension augment e suite à l 'accumulation de charges électrostatiques dans la couche de polysilicium 4, la couche d'oxyde fin 22 laisse passer un courant de décharge Ic. Un tel courant Ic apparaît par effet tunnel (effet Fowler-Nordheim) et répond à la relation suivante: According to the invention, the thin oxide layer 22 provides good electrical insulation of the layer of polys i l hereum 4 re laterally to the subst rat 1 when the polysilicon layer 4 receives an electrical voltage of a few volts. However, when the voltage increases following the accumulation of electrostatic charges in the polysilicon layer 4, the thin oxide layer 22 allows a discharge current Ic to pass. Such a current Ic appears by tunnel effect (Fowler-Nordheim effect) and responds to the following relationship:
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(1) Ic = A Eox2 e(-B/EOx) dans laquelle A et B sont des constantes et Eox le champ (1) Ic = A Eox2 e (-B / EOx) in which A and B are constants and Eox the field
électrique dans l'oxyde fin 22.electric in fine oxide 22.
S La prévision d'une jonction NP ou PN classique sous le contact antistatique 21 selon l' invention apparaît comme une protection indispensable en cas de claquage de la couche d'oxyde fin 22. Si un tel claquage se produit, un contact ohmique apparaît entre la ligne de polysilicium 4 et la région 5 dopée N+ du substrat 1. La jonction NP ou PN se trouve polarisée en inverse quand le circuit intégré est opérationnel et empêche l'apparition d'un court-circuit entre la ligne de polysilicium 4 et le potentiel du substrat 1. En définitive, un contact antistatique selon l' invention dont l'oxyde fin 22 a claqué présente sensiblement les mêmes propriétés électriques qu'un contact antistatique classique. Un tel contact antistatique 21 présente divers avantages. D'une part, il n'est pas nécessaire que la couche de polysilicium 4 présente le même dopage que la région 5 car elle est isolée de celle-ci par la couche d'oxyde fin 22. D'autre part, touj ours grâce à la couche d'oxyde fin 22, les dopants présents dans la couche de polysilicium 4 ne diffusent pas dans le substrat pendant des phases de recuit, et ne s'additionnent pas aux dopants présents dans la région 5. En d'autres termes, la "pollution" localisée du substrat par diffusion de dopants au voisinage du contact antistatique 21 est plus faible que dans l'art antérieur. L' emplacement à réserver au contact antistatique 21 est donc plus faible S The provision for a conventional NP or PN junction under the antistatic contact 21 according to the invention appears to be essential protection in the event of breakdown of the thin oxide layer 22. If such breakdown occurs, an ohmic contact appears between the polysilicon line 4 and the N + doped region 5 of the substrate 1. The NP or PN junction is reverse biased when the integrated circuit is operational and prevents the appearance of a short circuit between the polysilicon line 4 and the potential of the substrate 1. Ultimately, an antistatic contact according to the invention in which the fine oxide 22 has broken down has substantially the same electrical properties as a conventional antistatic contact. Such an antistatic contact 21 has various advantages. On the one hand, it is not necessary for the polysilicon layer 4 to have the same doping as the region 5 because it is isolated from the latter by the thin oxide layer 22. On the other hand, always thanks to at the fine oxide layer 22, the dopants present in the polysilicon layer 4 do not diffuse in the substrate during annealing phases, and do not add to the dopants present in the region 5. In other words, the localized "pollution" of the substrate by diffusion of dopants in the vicinity of the antistatic contact 21 is lower than in the prior art. The space to reserve for the antistatic contact 21 is therefore lower
que dans l'art antérieur.than in the prior art.
Enfin, comme cela sera vu plus loin au moyen d'un exemple, un autre avantage d'un tel contact antistatique est d'être simple à obtenir dans le cadre de la fabrication d'un circuit intégré comprenant des transistors à grille flottante, la couche d'oxyde tunnel Finally, as will be seen below by way of an example, another advantage of such an antistatic contact is that it is simple to obtain in the context of the manufacture of an integrated circuit comprising floating gate transistors, the tunnel oxide layer
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des grilles floUtantes pouvant être utilisée comme floating grids that can be used as
couche d'oxyde fin 22.thin oxide layer 22.
Avant de décrire cet avantage technologique, on va tout d'abord démontrer que la combinaison du contact antistatique 21 selon l' invention et de la jonction NP (ou PN) formée entre la région 5 et le substrat permet l'écoulement d'un courant Ic lorsque la ligne de polysilicium 4 est soumise à une tension électrostatique élevée. La figure 3 est le schéma électrique de la combinaison d'un contact antistatique selon l' invention et d'une jonction NP. Le contact antistatique est schématisé par une capacité tunnel Ct en série avec une diode Dj représentant la jonction NP. La capacité Ct reçoit sur son anode une tension V1, qui est considérée ici comme une tension électrostatique pouvant apparaître sur une ligne de polysilicium pendant la fabrication d'un circuit intégré. La diode Dj est polarisée en inverse, la cathode de la diode étant reliée à la cathode de la capacité Ct. son anode étant à la masse (potentiel du substrat). La tension aux bornes de la capacité Ct est désignce Vc et la tension aux bornes de la diode Dj est désignee Vd. La somme des tensions Vc et Vd étant égale à la tension V1 puisque les deux éléments Before describing this technological advantage, we will first demonstrate that the combination of the antistatic contact 21 according to the invention and the NP (or PN) junction formed between region 5 and the substrate allows the flow of a current Ic when the polysilicon line 4 is subjected to a high electrostatic voltage. Figure 3 is the electrical diagram of the combination of an antistatic contact according to the invention and an NP junction. The antistatic contact is shown diagrammatically by a tunnel capacitor Ct in series with a diode Dj representing the NP junction. The capacitance Ct receives on its anode a voltage V1, which is considered here as an electrostatic voltage which can appear on a polysilicon line during the manufacture of an integrated circuit. The diode Dj is reverse biased, the cathode of the diode being connected to the cathode of the capacitance Ct. Its anode being to ground (potential of the substrate). The voltage across the capacitor Ct is designated Vc and the voltage across the diode Dj is designated Vd. The sum of the voltages Vc and Vd being equal to the voltage V1 since the two elements
en série forment un pont diviseur de tension. in series form a voltage divider bridge.
La figure 4 représente la courbe courant/tension F1 de la capacité tunnel Ct. laquelle correspond à la relation (1) mentionnée ci-dessus, et représente également la courbe courant/tension F2 de la diode Djo La courbe F1 comprend une demi-courbe Fll pour les tensions positives et une demi-courbe F12 pour les tensions négatives. On voit qu'un courant commence à traverser la capacité tunnel Ct lorsque la tension Vc à ses bornes est supérieure à une tension de seuil positive Vcl ou est inférieure à une tension de seuil négative Vc2. Par ailleurs, la courbe F2 de la diode Dj comprend une demi-courbe F21 pour les tensions positives o 2826779 (courbe courant/tension classique d'une diode polarisée en inverse) et une demi-courbe F22 pour les tensions négatives (courbe courant/tension classique d'une diode FIG. 4 represents the current / voltage curve F1 of the tunnel capacitance Ct. Which corresponds to the relation (1) mentioned above, and also represents the current / voltage curve F2 of the diode Djo The curve F1 comprises a half-curve Fll for positive voltages and a half curve F12 for negative voltages. It can be seen that a current begins to flow through the tunnel capacitor Ct when the voltage Vc at its terminals is greater than a positive threshold voltage Vcl or is less than a negative threshold voltage Vc2. Furthermore, the curve F2 of the diode Dj comprises a half-curve F21 for the positive voltages o 2826779 (current curve / conventional voltage of a diode reverse biased) and a half-curve F22 for the negative voltages (current curve / conventional voltage of a diode
polarisée dans le sens passant).polarized in the passing direction).
Pour vérifier qu'un courant de décharge électrostatique va circuler dans l' ensemble formé par la capacité tunnel Ct et la diode Dj, considérons tout d'abord qu'une tension V1 positive supérieure à Vcl apparaît dans la ligne en polysilicium. Pour qu'un courant circule, il doit exister un point de fonctionnement commun entre la capacité tunnel Ct et la diode Dj. Pour vérifier l' existence d'un tel point de fonctionnement, les deux demi-courbes Fll et F21 sont reportées sur un même graphique, illustré en figure 5, 1 5 correspondant au cadran des tens ions et de s courant s positifs de la figure 4. Conformément aux règles de l'art, la demi-courbe Fll est reportée dans ce cadran en la faisant pivoter de 180 autour de l'axe des courant I (V=O) puis en la décalant sur l'axe des tensions d'une valeur égale à V1. Il apparaît que les demi-courbes F11 et F21 se croisent en un point de fonctionnement WP1 correspondant à un courant Icl. L' existence d'un tel point de fonctionnement garantit l'écoulement des charges électrostatiques. Si la tension V1 diminue (par exemple en raison de l'évacuation des charges électrostatiques) la courbe Fll se déplace vers la gauche du schéma comme représenté par une flèche et le courant Icl reste constant en raison de la forme plate de la courbe F21 (courant de fuite dans une diode polarisée en inverse). Si la tension V1 continue à diminuer, la courbe Fll se trouve en dehors du cadran et ne croise plus la courbe F21, de sorte que le courant de To verify that an electrostatic discharge current will flow in the assembly formed by the tunnel capacitance Ct and the diode Dj, let us first consider that a positive voltage V1 greater than Vcl appears in the polysilicon line. For a current to flow, there must be a common operating point between the tunnel capacity Ct and the diode Dj. To verify the existence of such an operating point, the two half-curves F11 and F21 are plotted on the same graph, illustrated in FIG. 5, 1 5 corresponding to the dial of the tensions and positive currents of the figure. 4. In accordance with the rules of the art, the half-curve Fll is transferred to this dial by rotating it 180 around the axis of the currents I (V = O) and then shifting it on the axis of the voltages d 'a value equal to V1. It appears that the half-curves F11 and F21 intersect at an operating point WP1 corresponding to a current Icl. The existence of such an operating point guarantees the flow of electrostatic charges. If the voltage V1 decreases (for example due to the evacuation of the electrostatic charges) the curve Fll moves to the left of the diagram as represented by an arrow and the current Icl remains constant due to the flat shape of the curve F21 ( leakage current in a reverse biased diode). If the voltage V1 continues to decrease, the curve Fll is outside the dial and no longer crosses the curve F21, so that the current of
décharge Ic n'existe plus.discharge Ic no longer exists.
Une vérification similaire peut être faite en considérant qu'une tension V1 négative inférieure à Vc2 apparaît dans la ligne en polysilicium. Pour s' assurer qu'il existe un point de fonctionnement commun, les deux i 2826779 demi-courbes F12 et F22 sont reportées sur un même graphique, représenté en figure 6, correspondant au cadran des tensions et des courants négatifs de la figure 4. La demi-courbe F12 est reportée en la faisant pivoter de 180 autour de l'axe des courants I (V=0) puis en la décalant sur l'axe des tensions d'une valeur A similar verification can be made by considering that a negative voltage V1 lower than Vc2 appears in the polysilicon line. To ensure that there is a common operating point, the two half curves F12 and F22 are plotted on the same graph, represented in FIG. 6, corresponding to the dial of the negative voltages and currents of FIG. 4. Half-curve F12 is transferred by rotating it 180 around the axis of the currents I (V = 0) then by shifting it on the axis of the voltages by a value
égale à -V1. Ici également, il apparaît que les demi- equal to -V1. Here also, it appears that the half
courbes Fll et F21 présentent un point de fonctionnement commun WP2 o elles se croisent, correspondant à un courant négatif Ic2, ce qui garantit l'écoulement des charges électrostatiques. Au fur et à mesure que la tension V1 augmente et se rapproche-de zero (par exemple en raison de l'évacuation des charges électrostatiques), la demi-courbe F12 se délace vers la droite du cadran et curves F11 and F21 have a common operating point WP2 where they intersect, corresponding to a negative current Ic2, which guarantees the flow of electrostatic charges. As the voltage V1 increases and approaches zero (for example due to the evacuation of electrostatic charges), the half-curve F12 disappears towards the right of the dial and
le courant Ic2 diminue jusqu'à devenir nul. the current Ic2 decreases until it becomes zero.
En définitive, la combinaison d'un contact antistatique selon l' invention et d'une jonction NP ou PN assure un écoulement suffisant des charges électrostatiques lorsque la tension V1 apparaissant dans la ligne de polysilicium dépasse un certain seuil Vcl, Vc2. Par ailleurs, comme on l'a indiqué plus haut, l'hypothèse d'un claquage éventuel de l'oxyde fin du contact antistatique ne constitue pas un inconvénient pui sque le contact ant istat ique selon 1 r invent ion devient alors l'équivalent d'un contact antistatique classique. La figure 7 illustre une application de la présente invention à la protection de lignes de polysilicium présentes dans les mémoires effagables et programmables électriquement. La figure 7 représente très schématiquement, par une vue de dessus, la topographie d'une ligne de mot WLi de rang i d'une mémoire MEM effaçable et programmable électriquement. La ligne de mot WLi comprend une pluralité de transistors à grille flottante FGTl-FGTn,... FGTj-FGT(j+n),.. . agencés en colonnes COL1,... COLk,... Chaque colonne comprend n Ultimately, the combination of an antistatic contact according to the invention and an NP or PN junction ensures sufficient flow of electrostatic charges when the voltage V1 appearing in the polysilicon line exceeds a certain threshold Vcl, Vc2. Furthermore, as indicated above, the hypothesis of a possible breakdown of the fine oxide of the antistatic contact does not constitute a drawback since the antistatic contact according to 1 r invent ion then becomes the equivalent a classic antistatic contact. FIG. 7 illustrates an application of the present invention to the protection of polysilicon lines present in the erasable and electrically programmable memories. FIG. 7 very schematically represents, by a top view, the topography of a word line WLi of rank i of an electrically erasable and programmable memory MEM. The word line WLi comprises a plurality of floating gate transistors FGTl-FGTn, ... FGTj-FGT (j + n), ... arranged in columns COL1, ... COLk, ... Each column includes n
12 282677912 2826779
transistors FGT et chaque transistor FGT comprend une grille flottante FG en polysilicium et une grille de contrôle CG. La grille de contrôle CG s'étend au-dessus de la grille flottante FG et est séparée de celle-ci par une couche d'oxyde de grille GOX. La grille floUtante FG s'étend audessus d'un substrat de silicium BLK et est FGT transistors and each FGT transistor includes a floating gate FG made of polysilicon and a control gate CG. The control grid CG extends above the floating grid FG and is separated from the latter by a layer of grid oxide GOX. The floating grid FG extends over a BLK silicon substrate and is
séparée de celui-ci par une couche d'oxyde tunnel TOX. separated from it by a TOX tunnel oxide layer.
Les oxydes GOX et TOX sont repérés par des traits hachurés sur la figure mais se trouvent en réalité sous The GOX and TOX oxides are marked by hatched lines in the figure but are actually found under
la grille de contrôle CG et sous la grille flottante FG. the control grid CG and under the floating grid FG.
La grille de contrôle CG est un tronçon d'une ligne de contrôle de grille CGL qui passe au-dessus des grilles floUtantes de tous les transistors FGT d'une même colonne. Chaque transistor FGT est connecté à une ligne de bit BL de rang correspondant (BLl-BLn...BLj-BL(j+n)...) par l'intermédiaire d'un transistor d'accès TA (TA1 TAn...TAj-TA(j+n)). Le transistor d'accès TA comprend deux régions dopées D1, D2 formant régions de drain et de source, s'étendant de part et d'autre d'une grille GTA en polysilicium. Entre la grille GTA et le substrat The CG control grid is a section of a CGL grid control line which passes over the floating grids of all the FGT transistors in the same column. Each transistor FGT is connected to a bit line BL of corresponding rank (BLl-BLn ... BLj-BL (j + n) ...) via an access transistor TA (TA1 TAn .. .TAj-TA (j + n)). The access transistor TA comprises two doped regions D1, D2 forming drain and source regions, extending on either side of a gate GTA made of polysilicon. Between the GTA grid and the substrate
BLK se trouve un oxyde de grille GOX. BLK is a GOX gate oxide.
Dans une telle mémoire, les grilles GTA des transistors d'accès TA appartenant à la même ligne de mot WLi sont reliées à une ligne commune WLSLi (ligne de sélection de ligne de mot). La ligne WLSLi est en polysilicium et passe entre les régions D1 et D2, o In such a memory, the grids GTA of the access transistors TA belonging to the same word line WLi are connected to a common line WLSLi (word line selection line). The WLSLi line is made of polysilicon and passes between regions D1 and D2, o
elle forme les grilles GTA des transistors d'accès TA. it forms the GTA gates of the access transistors TA.
Une telle ligne WLSLi est d'une grande longueur relativement aux autres lignes de polysilicium car elle traverse tout le plan mémoire horizontalement pour Such a line WLSLi is of great length relative to the other polysilicon lines because it crosses the entire memory plane horizontally for
interconnecter les grilles GTA des transistors d'accès. interconnect the GTA grids of the access transistors.
Elle se comporte comme une "antenne" en présence de charges électriques et doit être protogée contre l' accumulation de charges pouvant endommager les oxydes It behaves like an "antenna" in the presence of electric charges and must be protected against the accumulation of charges which can damage oxides
de grille GOX des transistors d'accès TA. of gate GOX of access transistors TA.
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On prévoit ainsi, à une extrémité de la ligne We thus plan, at one end of the line
WLSLi, un contact antistatique 21 selon l' invention. WLSLi, an antistatic contact 21 according to the invention.
Celui-ci comprend la région dopée 5 décrite plus haut, implantée dans le substrat BLK, et la couche d'oxyde fin 22 s'étendant sous la ligne WLSLi. Les figures 8A à 8E sont des vues en coupe illustrant des étapes d'un procédé de fabrication d'un circuit intégré 50 comprenant la fabrication conjointe d'un contact antistatique selon l' invention et d'une grille de transistor à grille floLtante. Chaque figure présente une partie gauche et une partie droite -correspondant à des axes de coupe différents, par exemple un axe Cl-Cl' représenté en figure 7 pour la partie gauche de chaque figure et un axe de coupe C2-C2' pour la partie droite de chaque figure. Les épaisseurs des diverses couches de matériaux ne sont pas représentées à l'échelle dans un souci de lisibilité de This comprises the doped region 5 described above, implanted in the substrate BLK, and the thin oxide layer 22 extending under the line WLSLi. FIGS. 8A to 8E are sectional views illustrating steps of a method of manufacturing an integrated circuit 50 comprising the joint production of an antistatic contact according to the invention and of a transistor gate with floating gate. Each figure has a left part and a right part - corresponding to different cutting axes, for example an axis Cl-Cl 'represented in figure 7 for the left part of each figure and a cutting axis C2-C2' for the part right of each figure. The thicknesses of the various layers of material are not shown to scale for the sake of readability.
ces figures.these figures.
Comme illustré en figure 8A, des régions A1, A2, A3 sont tout d'abord délimitées à la surface d'un substrat de silicium 30, ici de type P. grâce à des barrières d'isolement 31 réalisées au moyen d'un procédé standard d'isolement (oxyde épais, LOCOS, STI...). Des régions 32-1, 32-2, 32-3 dopées N+ sont ensuite implantées dans le substrat, respectivement dans chacune des régions A1, A2, A3. Les régions 32-2 et 32-3 sont représentées en traits pointillés car elles ne se trouvent pas dans le plan de coupe (comme par exemple la région D1 ou D2 en figure 7). Une couche d'oxyde de grille 33 est ensuite formée sur l 'ensemble du substrat par croissance d'oxyde. Dans un souci de clarté de la figure, l'oxyde 33 se trouvant sur les barrières d'isolement 31 n'est As illustrated in FIG. 8A, regions A1, A2, A3 are first of all delimited on the surface of a silicon substrate 30, here of type P. by virtue of isolation barriers 31 produced by means of a method insulation standard (thick oxide, LOCOS, STI ...). N + doped regions 32-1, 32-2, 32-3 are then implanted in the substrate, respectively in each of the regions A1, A2, A3. Regions 32-2 and 32-3 are shown in dashed lines because they are not in the section plane (such as region D1 or D2 in Figure 7). A gate oxide layer 33 is then formed over the entire substrate by oxide growth. For the sake of clarity of the figure, the oxide 33 located on the isolation barriers 31 is not
pas représenté.not shown.
A l'étape illustrée en figure 8B, des ouvertures 34-1 et 34-3 sont pratiquées dans la couche doxyde 33, dans les régions A1 et A3, par gravure de la couche d'oxyde. Une couche d'oxyde tunnel 35 est ensuite formée i4 2826779 sur l' ensemble du substrat, par croissance d'oxyde. La couche d'oxyde tunnel 35 est typiquement d'une épaisseur de l'ordre de 0, 002 à 0,015 micromètre selon la technologie de fabrication utilisée et la tension d'alimentation que le circuit intégré est destiné à recevoir. La couche d'oxyde de grille 33 est d'une épaisseur nettement supérieure, généralement de l'ordre In the step illustrated in FIG. 8B, openings 34-1 and 34-3 are made in the oxide layer 33, in the regions A1 and A3, by etching of the oxide layer. A tunnel oxide layer 35 is then formed on the entire substrate, by growth of oxide. The tunnel oxide layer 35 is typically of a thickness of the order of 0.002 to 0.015 microns depending on the manufacturing technology used and the supply voltage that the integrated circuit is intended to receive. The gate oxide layer 33 is of a significantly greater thickness, generally of the order
de quelques centièmes de micromètres. a few hundredths of a micrometer.
Dans un souci de clarté de la figure, l'oxyde tunnel 35 formé sur les barrières d'isolement 31 et sur la couche d'oxyde de grille 33 n'est pas représenté, son épaisseur étant négligeable, seul l'oxyde tunnel 35 formé au fond des ouvertures 34-1 et 34-3 étant représenté. A l'étape illustrée en figure 8C, une couche de polysilicium 36 est déposée sur l' ensemble du substrat, puis est gravée pour faire apparaître des lignes d'interconnexion, des grilles de transistors MOS et des grilles floUtantes de transistors FGT. En particulier, une ligne de polysilicium 36-1 est formée dans les régions A1 et A2 et une grille floLtante 36-3 est formée dans la région A3. La ligne de polysilicium 36-1 s'étend dans l'ouverture 34-1 o elle vient au contact de l'oxyde tunnel 35 s'étendant au-dessus du substrat trégion dopée 32-1), l 'ensemble formant ainsi un contact antistatique 21 selon l'invention. Ainsi, pendant la gravure de la ligne de polysilicium 36-1 et les étapes ultérieures du procédé de fabrication, la ligne de polysilicium 36-1 est protégée contre l' accumulation de For the sake of clarity of the figure, the tunnel oxide 35 formed on the isolation barriers 31 and on the gate oxide layer 33 is not shown, its thickness being negligible, only the tunnel oxide 35 formed at the bottom of the openings 34-1 and 34-3 being shown. At the stage illustrated in FIG. 8C, a layer of polysilicon 36 is deposited on the entire substrate, then is etched to reveal interconnection lines, grids of MOS transistors and floating grids of FGT transistors. In particular, a polysilicon line 36-1 is formed in regions A1 and A2 and a floating grid 36-3 is formed in region A3. The polysilicon line 36-1 extends into the opening 34-1 where it comes into contact with the tunnel oxide 35 extending above the doped trégion substrate 32-1), the assembly thus forming a contact antistatic 21 according to the invention. Thus, during the etching of the polysilicon line 36-1 and the subsequent stages of the manufacturing process, the polysilicon line 36-1 is protected against the accumulation of
charges électrostatiques.electrostatic charges.
A l'étape illustrée en figure 8D, une couche isolante 37 est formée sur l' ensemble du substrat, par croissance ou dépôt d'oxyde ou d'un isolant de type ONO (Oxyde-Nitrure-Oxyde). Une ouverture 38 est ensuite pratiquée dans la couche isolante 37, au-dessus de la In the step illustrated in FIG. 8D, an insulating layer 37 is formed on the whole of the substrate, by growth or deposition of oxide or an insulator of the ONO (Oxide-Nitride-Oxide) type. An opening 38 is then made in the insulating layer 37, above the
ligne de polysilicium 36-1, par gravure de la couche 37. polysilicon line 36-1, by etching layer 37.
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A l'étape illustrée en figure 8E, une couche de polysilicium 39 est déposée sur la couche isolante 37, puis est gravée pour faire apparaître des lignes d'interconnexion et des grilles de contrôle de transistors à grille floUtante FGT. En particulier, une grille de contrôle 39-3 est réalisée au-dessus de la In the step illustrated in FIG. 8E, a layer of polysilicon 39 is deposited on the insulating layer 37, then is etched to reveal interconnection lines and control gates of transistors with a floating FGT gate transistor. In particular, a control grid 39-3 is produced above the
grille flobLante 36-3 et une ligne 39-1 est réalisée au- flobLante grid 36-3 and a line 39-1 is carried out
dessus de la ligne 36-1. La ligne 39-1 est en contact avec la ligne 36-1 grâce à l'ouverture 38 pratiquse dans la couche isolante 37, et se trouve ainsi reliée au substrat par l'intermédiaire du contact antistatique 21, qui la protège également contre l 'accumulation de charges électrostatiques. Les lignes 36-1 et 39-1 forment par exemple une ligne de sélection de ligne de mot WLSLi du type décrit plus haut (fig. 7). La ligne 36-1 forme également, dans la région A2 et en regard de la région dopée 32-2, une grille de transistor d'accès TA. En définitive, la fabrication d'un contact antistatique selon l' invention ne comprend aucune étape de retrait de l'oxyde tunnel et s'intègre parfaitement dans le processus de fabrication d'un circuit intégré, sans nécessiter d'étape de traitement supplémentaire, étant noté que l'ouverture 34-1 dans lacouche d'oxyde 33 est réalisée en même temps que l'ouverture 34-3 et autres ouvertures du même type destinces à recevoir les grilles flottantes des transistors FGT. Par contre, la réalisation d'un contact antistatique classique nécessiterait le retrait de l'oxyde tunnel 35 se trouvant au fond de l'ouverture 34-1. A cet effet, étant donné qu'un masque de gravure ne peut être déposé directement sur de l'oxyde tunnel, une couche de polysilicium devrait tout d'abord être déposée sur l'oxyde tunnel. La couche de polysilicium devrait ensuite être gravée de manière à obtenir en regard de l'ouverture 34-1 une autre ouverture formant masque de above line 36-1. Line 39-1 is in contact with line 36-1 through the opening 38 made in the insulating layer 37, and is thus connected to the substrate by means of the antistatic contact 21, which also protects it against accumulation of electrostatic charges. Lines 36-1 and 39-1 form, for example, a word line selection line WLSLi of the type described above (FIG. 7). Line 36-1 also forms, in region A2 and opposite the doped region 32-2, an access transistor gate TA. Ultimately, the manufacture of an antistatic contact according to the invention does not include any step of removing the tunnel oxide and is perfectly integrated into the process of manufacturing an integrated circuit, without requiring any additional treatment step, it being noted that the opening 34-1 in the oxide layer 33 is produced at the same time as the opening 34-3 and other openings of the same type intended to receive the floating gates of the FGT transistors. On the other hand, the realization of a conventional antistatic contact would require the removal of the tunnel oxide 35 located at the bottom of the opening 34-1. To this end, since an etching mask cannot be deposited directly on the tunnel oxide, a layer of polysilicon should first of all be deposited on the tunnel oxide. The polysilicon layer should then be etched so as to obtain, opposite the opening 34-1, another opening forming a mask.
gravure de l'oxyde tunnel.tunnel oxide etching.
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